DE19654585A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Signalübertragung - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Signalübertragungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Übertragung eines ΣΔ-modulierten 1-Bit-Signales.

Allgemein ist zur Digitalisierung eines Audiosignales ein Verfahren zur Umsetzung eines analogen Audiosignales in ein Vielfach-Bit-Audiosignal mit beispielsweise einer Abtastfrequenz von 44,1 KHz und einer Datenwortlänge von 16 Bit bekannt.

Neben diesem Verfahren wurde vor kurzem ein Verfahren entwickelt, das in der Digitalisierung eines Audiosignales mit einer hohen Frequenz unter Verwendung eines Verfahrens, das Sigma-Delta(ΣΔ)-Modulation genannt wird, und in der direkten Umsetzung des sich ergebenden 1-Bit-Audiosignales in analoge Audiosignale besteht.

Die 1-Bit-Digitaldaten, die durch diese ΣΔ-Modulation erhalten werden, werden durch eine Abtastfrequenz, die wesentlich höher (beispielsweise 44,1 KHz multipliziert mit 64) ist, und eine Datenwortlange wiedergegeben, die wesentlich kürzer (beispielsweise 1 Bit) ist, als das bisher für herkömmliche Multibit-Audiosignale verwendete Datenformat (beispielsweise mit der Abtastfrequenz von 64 KHz und der Datenwortlange von 16 Bit) und sind durch einen breiten Übertragungs-Frequenzbereich gekennzeichnet. Durch diese ΣΔ-Modulation kann ein hoher Dynamikbereich in einem Audiobereich gewährleistet werden, der im Vergleich zu der 24-fach-Überabtastfrequenz ein äußerst niederfrequenter Bereich ist. Diese Eigenschaft kann zur Datenaufzeichnung oder -übertragung mit hoher Tonqualität ausgenutzt werden.

Die ΣΔ-Modulationsschaltung selbst ist eine bekannte Technik, die oft als eine Komponente eines A/D-Umsetzers verwendet wird, da der Schaltungsaufbau leicht entworfen werden kann, da ein IC leicht zu einer hochpräzisen A/D-Umsetzung verhilft.

Das ΣΔ-modulierte Signal kann in ein analoges Audiosignal rückumgesetzt werden, indem es durch ein einfaches analoges Tiefpaßfilter geführt wird.

Das 1-Bit-Audiosignal, das ein echtes Digitalsignal aus 1 und 0 ist, kann in ein analoges Audiosignal zurückgebracht werden, indem es durch ein analoges Tiefpaßfilter geführt wird. Dies bedeutet, daß die niederfrequenten Komponenten des 1-Bit-Audiosignales analoge Audiosignal-Komponenten als solche sind.

Fig. 1 zeigt die Ergebnisse einer Untersuchung der spektralen Eigenschaften einer Orchester-Musik bis zu 50 KHz. Die analogen Audiosignal-Komponenten der niedrigfrequenten Bestandteile des 1-Bit-Audiosignales werden nun erläutert. In Fig. 1 sind die Ergebnisse dieser Spektraluntersuchungen der Orchester-Musik bis zu 50 KHz gezeigt. Das Ansteigen des Signalpegels über 30 KHz ist durch Rauschbestandteile erklärbar, die zum Zeitpunkt dor ΣΔ-Modulation erzeugt wurden. Das Signal in einem Bereich von weniger als 30 KHz entspricht den analogen Audiosignal-Komponenten. Dies zeigt, daß die niederfrequenten Komponenten eines durch eine ΣΔ-Modulation erhaltenen 1-Bit-Audiosignales, das ein echt digitales Signal aus 1 und 0 ist, analoge Audiosignale sind.

Da in dem übertragenen 1-Bit-Digitalsignal analoge Audiosignal-Komponenten enthalten sind, beeinträchtigen Spannungsquellenschwankungen oder Übersprechrauschen in der Digitalschaltung aufgrund der Übertragung das übertragene 1-Bit-Digitalsignal. Beispielsweise modulieren Spannungsquellenschwankungen das übertragene 1-Bit-Signal in Amplitudenrichtung, wodurch Jitterschwankungen erzeugt werden, die streng mit den analogen Audio-Komponenten korreliert sind und die Klangqualität verschlechtern. Da das Digitalsignal mit einer voreingestellten Schwelle als Referenz diskriminiert wird, verursachen geringe Schwankungen in der Amplitude aufgrund von Spannungsquellenschwankungen Änderungen der Zeitpunkte, zu dem der oben genannte Schwellenwert überschritten wird, wodurch Jitterschwankungen erzeugt werden.

Zusätzlich wird das Übersprechrauschen aufgrund der Digitalschaltung nachteiligerweise in den analogen Audioabschnitt gemischt. Da die analogen Audiosignal-Komponenten in dem Übersprechrauschen enthalten sind, beeinträchtigen die analogen Signalkomponenten, die in dem 1-Bit-Digitalsignal vor der D/A-Umsetzung enthalten sind, den analogen Audio-Abschnitt durch Übersprechrauschen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalübertragung zu schaffen, bei denen analoge Audiosignal-Komponenten zum Zeitpunkt der Übertragung des ΣΔ-modulierten 1-Bit-Digitalsignal unterdrückt werden, um eine Übertragung von Digitalsignalen mit hoher Qualität zu ermöglichen.

Gemäß einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Signalübertragungsvorrichtung vor, in der ein 1-Bit-Digitalsignal über ein Übertragungssystem übertragen wird, das durch einen ΣΔ-Modulator ausgegeben wurde. Die Signalübertragungsvorrichtung enthält eine Phasenmodulationseinrichtung zur Phasenmodulation des 1-Bit-Digitalsignales, das durch den ΣΔ-Modulator ausgegeben wurde, um ein phasenmoduliertes Signal zu erzeugen, das zu dem Übertragungssystem gesendet wird, sowie eine Phasendemodulationseinrichtung zur Demodulation des phasenmodulierten Signales, das durch das Übertragungssystem ausgegeben wird, wodurch eine Verschlechterung des übertragenen 1-Bit-Digitalsignales aufgrund von Spannungsquellenschwankungen und Übersprechrauschen verhindert werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Signalübertragungsverfahren vor, bei dem ein 1-Bit-Digitalsignal über ein Übertragungssystem übertragen wird, das durch einen ΣΔ-Modulator ausgegeben wurde. Das Signalübertragungsverfahren enthält die Schritte der Eingabe eines phasenmodulierten Signales, das durch eine Phasenmodulation des 1-Bit-Digitalsignales erhalten wurde, das durch den ΣΔ-Modulator ausgegeben wurde, zu dem Übertragungssystem und die Demodulation des phasenmodulierten Signales, das durch das Übertragungssystem ausgegeben wurde, um eine Verschlechterung des übertragenen 1-Bit-Digitalsignales aufgrund von Spannungsquellenschwankungen oder Übersprechrauschen zu verhindern.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Signalübertragung können analoge Audiosignal-Komponenten während der Übertragung des ΣΔ-modulierten 1-Bit-Digitalsignales unterdrückt werden, wodurch eine hohe Übertragungsqualität des Digitalsignales ermöglicht wird, da das 1-Bit-Signal, das durch eine ΣΔ-Modulation erhalten wird, phasenmoduliert wird, um ein phasenmoduliertes Signal zu ergeben, das demoduliert wird.

Die Erfindung wird detailliert anhand von Ausführungsbeispielen und bezugnehmend auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Spektralkomponenten eines voreingestellten Audiosignales;

Fig. 2 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ΣΔ-Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A ein 1-Bit-Audiosignal, das durch den ΣΔ-Modulator ausgegeben wird;

Fig. 4B einen Referenztakt CK1 eines D-Latch (Verzögerer) 5;

Fig. 4C ein Ausgangssignal S2 mit positiver Phase, das durch den D-Latch 5 ausgegeben wird;

Fig. 4D ein Ausgangssignal S*2 mit positiver Phase, das durch den D-Latch 5 ausgegeben wird;

Fig. 4E ein Ausgangssignal S3 eines Phasenmodulators 4;

Fig. 4F einen Referenztakt CK2 eines Phasendemodulators 9;

Fig. 4G ein 1-Bit-Audiosignal, das durch den Phasenmodulator 4 ausgegeben wird;

Fig. 5 Spektralkomponenten der gleichen Audiosignale wie bei dem von Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;

Fig. 7A ein 1-Bit-Audiosignal, das durch den ΣΔ-Modulator ausgegeben wird;

Fig. 7B einen Referenztakt CK1 eines D-Latch 5;

Fig. 7C ein Ausgangssignal S2 mit positiver Phase, das durch den D-Latch 5 ausgegeben wird;

Fig. 7D ein Ausgangssignal S*2 mit positiver Phase, das durch den D-Latch 5 ausgegeben wird;

Fig. 7E ein Ausgangssignal S3 des Phasenmodulators 4;

Fig. 7F einen Referenztakt CK3 des Phasendemodulators 9;

Fig. 7G einen Referenztakt CK2 des Phasendemodulators 9;

Fig. 7H ein 1-Bit-Audiosignal, das durch den Phasendemodulator 9 ausgegeben wird;

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erzeugung eines Referenztaktes des Phasendemodulators gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Phasendemodulators;

Fig. 10A ein Blockschaltbild der Übertragung eines Phasenmodulationssignales S5 über einen Übertragungsweg;

Fig. 10B Referenztakte CK1 der D-Latches 21, 23 und 24;

Fig. 10C ein Ausgangssignal, das durch den D-Latch 21 ausgegeben wird;

Fig. 10D ein Ausgangssignal, das durch den D-Latch 22 ausgegeben wird;

Fig. 10E ein Ausgangssignal S7 mit positiver Phase, das durch den D-Latch 23 ausgegeben wird;

Fig. 10F ein Ausgangssignal S*7 mit umgekehrter Phase, das durch den D-Latch 24 ausgegeben wird;

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Phasendemodulators;

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Signalübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13A einen Referenztakt CK1 für einen Phasenmodulator 54;

Fig. 13B ein Ausgangssignal S1 mit positiver Phase eines ΣΔ-Modulators 56;

Fig. 13C ein Ausgangssignal S*1 mit positiver Phase des ΣΔ-Modulators 56;

Fig. 13D ein phasenmoduliertes Signal S2, das durch den Phasenmodulator 54 ausgegeben wird;

Fig. 13E einen Referenztakt CK3, der zu dem Phasenmodulator 54 gegeben wird;

Fig. 13F einen Referenztakt CK2, der zu dem Phasendemodulator 64 gegeben wird; und

Fig. 13G ein 1-Bit-Audiosignal, das durch den Phasendemodulator 64 ausgegeben wird.

Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Bezugnehmend auf Fig. 2 bis 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert. Das erste Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Übertragungsvorrichtung 1 für ein 1- Bit-Analog-Audiosignal zur Übertragung des 1-Bit-Audiosignales von der ΣΔ- Modulation über einen Übertragungsweg 8 wie in Fig. 2 gezeigt. Die Übertragungsvorrichtung 1 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal enthält eine Phasenmodulationseinheit 4 zur Phasenmodulation eines 1-Bit-Audiosignales S₁ von dem ΣΔ-Modulator 3 und einen Phasendemodulator 9 zur Demodulation eines phasenmodulierten Signales S₃ von einem Phasenmodulator 4, das über den Übertragungsweg 8 übertragen wurde.

Der ΣΔ-Modulator 3 ist wie in Fig. 3 gezeigt aufgebaut. Das heißt, ein über einen Eingang 2 eingegebenes analoges Audiosignal S₀ wird mittels eines Addierers 11 zu einem Integrator 12 geführt. Ein Integrationswert von dem Integrator 12 wird zu einem Komparator 13 geführt, wo es mit einem Nullpunktpotential des analogen Audiosignal S₀ verglichen wird und durch 1 Bit in einem Intervall in einer Abtastperiode quantisiert wird, so daß es als 1-Bit-Audiosignal S₁ ausgegeben wird.

Dieses 1-Bit-Audiosignal S₁ wird zu einer Einfachabtastperioden-Verzögerungseinheit 14 gegeben und dadurch um eine Abtastperiode verzögert. Das verzögerte Signal wird zu einem 1 -Bit-D/A-Umsetzer 15 geführt, wo es in ein analoges Signal umgesetzt wird, das zu dem Addierer 11 gegeben wird und somit zu dem analogen Audiosignal S₀ addiert wird. Das 1-Bit-Audiosignal S₁, das durch den Komparator 13 ausgegeben wird, wird zu dem in Fig. 1 gezeigten Phasenmodulator 4 gegeben.

Der Phasenmodulator 4 besteht aus einem D-Latch 5, das aus einem D-Flipflop (bistabile Kippschaltung) besteht, und einem Wechselschalter 6. Der D-Latch 5 gibt als Antwort auf den Takt CK₁ ein Ausgangssignal S₂ mit positiver Phase und ein Ausgangssignal S*₂ mit umgekehrter Phase des 1-Bit-Audiosignales S₁ aus. Die Takte CK₁ weisen eine Taktrate gleich der Übertragungsrate zum Zeitpunkt der Eingabe des 1-Bit-Audiosignales aus, das von dem Takteingang 7 eingegeben wird. Der Wechselschalter 6 gibt als Antwort auf die Takte CK₁ abwechselnd das Ausgangssignal S₂ mit positiver Phase und das Ausgangssignal S*₂ mit umgekehrter Phase zur Erzeugung des phasenmodulierten Signales S₃ aus.

Die Takte CK₁ weisen eine Taktrate gleich dem 64-fachen der Abtastfrequenz von 44,1 KHz (= Fs) aus, die beispielsweise bei einer Compact-Disk verwendet wird. Der Takt CK₁ wird im folgenden als 64-Fs-Takt bezeichnet. Das heißt, wenn die Übertragungsrate des 1-Bit-Audiosignales S₁, das nach der ΣΔ-Modulation durch den ΣΔ-Modulator 3 ausgegeben wird, das 64-fache von Fs beträgt, wird das 1-Bit-Audiosignal S₁, das in den Phasenmodulator 4 mit der Datenrate von 64 Fs eingegeben wird, durch den D-Latch 5 beispielsweise mit der Anstiegsflanke des 64-Fs-Taktes verzögert wird.

Der Phasendemodulator 9 weist weiterhin einen D-Latch auf, der im folgenden als D- Latch 9 bezeichnet wird und verzögert das phasenmodulierte Signal S₃, das über den Übertragungsweg 8 übertragen wurde, mit der Abstiegsflanke des 64-Fs-Taktes, der von dem Phasenmodulator 4 übertragen wird.

Der Betrieb der Übertragungsvorrichtung 1 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal wird nun bezugnehmend auf die Zeitverlaufstabellen von Fig. 4A bis 4G erläutert.

Das 1-Bit-Audio-Eingangssignal S₁ von dem ΣΔ-Modulator 3 wird durch den D-Latch 5 mit der Anstiegsflanke der 64-Fs-Takte CK₁ von dem Takt-Eingang 7 wie in Fig. 4B gezeigt verzögert. Der D-Latch 5 sendet das Ausgangssignal S₂ mit der positiven Phase wie in Fig. 4C gezeigt von dem positiven Eingang Q zu dem festen Anschluß a des Wechselschalters 6, während er wie in Fig. 4D gezeigt das Ausgangssignal S*₂ mit der umgekehrten (invertierten) Phase von dem invertierten Eingang Q zu dem festen Anschluß b des Wechselschalters 6 gibt.

Der Wechselschalter 6 schaltet einen beweglichen Kontakt c zu dem festen Anschluß a oder zu dem festen Anschluß b, um abwechselnd ein Ausgangssignal S*₂ mit umgekehrter Phase oder das Ausgangssignal S₂ mit positiver Phase des D-Latch 5 für den 64-Fs-Takt CK₁ von "1" bzw. "0" zur Erzeugung des in Fig. 4E gezeigten phasenmodulierten Ausgangssignales S₃ anzuordnen.

Mit dem phasenmodulierten Signal S₃ ist es möglich, die Verschlechterung der Signalqualität aufgrund von Jitter oder Übersprechrauschen zu vermeiden, das aufgrund der niederfrequenten Komponente des 1-Bit-Audiosignales mit positiver Phase erzeugt werden, das als analoge Audiosignal-Komponente wirkt, wenn nur das 1-Bit-Audiosignal mit positiver Phase über den Übertragungsweg übertragen wird.

Die Phasenmodulation ist ein solches Modulationssystem, bei dem die Signalpolarität in einer Anstiegsrichtung bzw. in einer abfallenden Richtung der Daten von "1" bzw. "0" invertiert wird. Wenn die Datenrate nach der Modulation das zweifache von der vor der Modulation beträgt, werden Daten "1" und Daten "0" in 01 bzw. 10 umgesetzt. Hinsichtlich des ΣΔ-modulierten 1-Bit-Audiosignales ist diese Umsetzung der Verzögerung eines Signales mit umgekehrter Phase bezüglich des 1-Bit-Audiosignales um ein Bit mit der Bitrate nach der Modulation und dem Mischen des verzögerten Signales bezüglich dem 1-Bit-Audiosignal äquivalent. Das analoge Audiosignal wird mit einer Frequenz, die für die Datenrate ausreichend niedrig ist, wird aufgrund der umgekehrten Phase gelöscht und hinsichtlich des Signalpegels ausreichend unterdrückt. Durch diese Phasenmodulation kann die Datenumsetzung von dem umgekehrten Fall umgedreht werden, d. h. Daten "1" und Daten "0" können in 10 bzw. 01 umgesetzt werden.

Das phasenmodulierte Signal S₃ wird über den Übertragungsweg 8 zu dem D-Latch 9 gegeben, der als Phasendemodulator dient. Der D-Latch 9 kann das phasenmodulierte Signal S₃ mit der Anstiegsflanke des 64-Fs-Taktes einrasten (Latch), um dadurch nur das 1-Bit-Audio-Ausgangssignal einzurasten, das dem Ausgangssignal mit der positiven Phase äquivalent ist. Das Ergebnis ist, daß das phasenmodulierte Signal phasendemoduliert wurde, d. h. daß das 1-Bit-Audio-Ausgangssignal S₄, das das gleiche ist wie das ursprüngliche 1-Bit-Audio-Eingangssignal S₁, an dem Ausgang 10 ausgegeben werden kann.

Bezugnehniend auf Fig. 5 wird die Wirkung der Übertragungsvorrichtung 1 für ein 1-Bit- Analog-Audiosignal erläutert. Diese Figur zeigt die Ergebnisse von Spektraluntersuchungen des phasenmodulierten 1-Bit-Audiosignales. Es ist ersichtlich, daß im Vergleich zu Fig. 1 die niederfrequenten Komponenten auf einen ausreichend niedrigen Pegel gedämpft wurden. Da die Spannungsquellenschwankungen oder das Übersprechrauschen einer Digitalschaltung, die das phasenmodulierte 1-Bit-Audiosignal verarbeitet, nur schwach mit dem analogen Audiosignal korreliert ist, kann das 1-Bit- Audiosignal mit einer hohen Signalqualität übertragen werden. Zusätzlich ist der analoge Audioabschnitt so wenig wie möglich beeinträchtigt.

Bezugnehniend auf Fig. 6 und 7 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Dieses zweite Ausführungsbeispiel richtet sich wiederum auf eine Signalübertragungsvorrichtung 15 für ein 1-Bit-Analogsignal zur Übertragung des 1-Bit-Audiosignales über den Übertragungsweg, das durch eine ΣΔ- Modulation erhalten wurde. Indessen unterscheidet sich ein Phasenmodulator 16 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel von dem Phasenmodulator 4 der
Signalübertragungseinrichtung 1 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Genauer gesagt unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß in dem Phasenmodulator 16 ein Schieberegister 17 anstelle des Wechselschalters 6 verwendet wird.

Das Schieberegister 17 steuert das Laden und Verschieben von Eingangsdaten mit der Rate der 64-Fs-Takte und sendet das 1-Bit-Audiosignal S₅, das mit den 128-Fs-Takten CK₃ phasenmoduliert wurde, über den Übertragungsweg 8.

Da das Schieberegister 17 von dem Synchron-Ladetyp ist, lädt es das Ausgangssignal S₂ mit der positiven Phase und das Ausgangssignal S*₂ mit der umgekehrten Phase des D- Latch 5 wie in Fig. 7C und 7D gezeigt von dem Eingang H und dem Eingang G mit der Anstiegsflanke der 128-Fs-Takte CK₃, wenn der 64-Fs-Takt CK₁ gleich "1" ist, während es das Ausgangssignal S₂ mit der positiven Phase und das Ausgangssignal S*₂ mit der umgekehrten Phase mit der Anstiegsflanke der 128-Fs-Takte CK₃ wie in Fig. 7F verschiebt, wenn der 64-Fs-Takt CK₁ gleich "0" ist. Dies erzeugt ein in Fig. 7E gezeigtes phasenmoduliertes Signal S₅.

Ein D-Latch 9, der als Phasendemodulator dient, rastet das phasenmodulierte Signal S₅, das über einen Übertragungsweg 8 übertragen wurde, mit der Anstiegsflanke des 64-Fs- Taktes CK₂ wie in Fig. 7G gezeigt ein, um ein 1-Bit-Audiosignal S₆ als phasendemdouliertes Ausgangssignal an dem Ausgang 10 auszugeben.

Dadurch wird es durch die vorliegende Übertragungsvorrichtung 15 für ein 1-Bit- Audiosignal möglich, Spannungsquellenschwankungen oder Übersprechrauschen in der Digitalschaltung zu vermeiden, um die Übertragung des 1-Bit-Audiosignales mit hoher Signalqualität zu ermöglichen. Weiterhin wird der analoge Audioabschnitt so wenig wie möglich beeinträchtigt.

Bei der Übertragungsvorrichtung 15 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das phasenmodulierte Signal S₅ unter Verwendung der 64-Fs-Takte demoduliert, die von dem Phasenmodulator 16 zu dem Phasendemodulator 9 übertragen werden. Es ist indessen möglich, die 64-Fs-Takte aus dem phasenmodulierten Signal S₅ unter Verwendung einer in Fig. 8 gezeigten Takt-Selbstgewinnungsschaltung 19 zu gewinnen, das über den Übertragungsweg 8 übertragen wird, und das phasenmodulierte Signal S₅ unter Verwendung dieses 64-Fs-Taktes CK₂ zu demodulieren.

Die Takt-Selbstgewinnungsschaltung 19 stellt eine Einrichtung dar, um Bit- Taktkomponenten von dem phasenmodulierten Signal S₅ zur Verriegelung einer PLL zur Bitsynchronisierung zu gewinnen, und wurde bisher beispielsweise in einer Magnetband(MT)-Vorrichtung oder in einem elektronischen Computer verwendet.

Bei einem herkömmlichen Vielfach-Bit-Audiosignal sind digital stumm geschaltete (muted) Daten alle null, so daß, wenn das Signal phasenmoduliert wird, das sich ergebende Signal ein Muster aufweist aus abwechselnd invertierten "1" und "0", so daß das Muster 010101. . . ist, was nicht von 010101. . . für alle "1" unterschieden werden kann, so daß die Datenbit-Synchronisierung nicht ausgeübt werden kann. Insbesondere kann die Frequenzsynchronisierung mit den 64-Fs-Takten CK₂ auf das phasenmodulierte Signal S₅ ausgeübt werden, aber die Phasensynchronisierung kann nicht ausgeübt werden, so daß nicht unterschieden werden kann, ob die durch den D-Latch 9 verzögerten Daten die korrekte Phase oder die umgekehrte Phase aufweisen.

Das 1-Bit-Audiosignal, das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verarbeitet wird, besteht nicht aus solchen Daten, bei denen "1" oder "0" kontinuierlich über einen längeren Zeitraum anhalten. Weiterhin weisen digital übergeblendete Daten ein Muster von 101010. . . oder ein Muster 10010110. . . auf, so daß, wenn die Daten phasenmoduliert werden, immer noch Bittaktkomponenten gewonnen und die Datenbitsynchronisierung auf das phasenmodulierte Signal ausgeübt werden kann. Beispielsweise, wenn 10011 phasenmoduliert wird, wird ein Muster 01 10100101 erzeugt, in dem das Auftreten der zwei aufeinanderfolgenden Zeichen einen Übergangspunkt der ursprünglichen Daten anzeigt.

Als Abwandelung der Übertragungsvorrichtung 15 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal ist solch eine Übertragungsvorrichtung für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal möglich, bei der wie in Fig. 9 gezeigt der Phasendemodulator 9 als ein Phasendemodulator 20 ausgeführt ist.

Der Phasendemodulator 20 gemäß der vorliegenden Ausführung entspricht dem Phasendemodulator 9 von Fig. 6 mit einem differentiellen Ausgang. Bezugnehmend auf Fig. 10A bis 10F werden die Abschnitte mit positiver Phase des phasenmodulierten Signales S₅, das über den Übertragungskanal 8 übertragen wird, durch die Anstiegsflanken der 64-Fs-Takte CK₂ durch einen D-Latch 21 verzögert. Andererseits werden die Abschnitte mit umgekehrter Phase des phasenmodulierten Signales S₅ durch einen D-Latch 22 auf die Abfallflanke der 64-Fs-Takte CK₄ eingerastet, die durch einen Inverter 25 invertiert wurden.

Weiterhin wird ein Ausgangssignal des D-Latch 21, das dem obigen Abschnitt mit positiver Phase entspricht, durch einen D-Latch 23 mit der Anstiegsflanke des 64-Fs- Taktes CK₂ relatched, während ein Ausgangssignal des D-Latch 22, das dem obigen Abschnitt mit umgekehrter Phase entspricht, durch einen D-Latch 24 mit der Anstiegsflanke des 64-Fs-Taktes CK₂ zur Taktsynchronisierung relatched wird. Dies erzeugt ein 1-Bit-Ausgangssignal S₇ mit positiver Phase bzw. ein 1-Bit-Ausgangssignal S*₇ mit umgekehrter Phase wie in Fig. 10E und 10F gezeigt.

Somit wird es durch Vorsehen eines differentiellen Verstärkers, der das 1-Bit- Ausgangssignal S₇ mit positiver Phase und das 1-Bit-Ausgangssignal S*₇ mit umgekehrter Phase stromabwärts des Phasendemodulators 20 aufweist, möglich, jegliches störendes Rauschen auszulöschen, das zeitweise auf dem Übertragungskanal 8 vorliegt.

Als weitere Abänderung der Übertragungsvorrichtung 15 für ein 1-Bit-Analog- Audiosignal kann weiterhin eine solche Übertragungsvorrichtung für ein 1-Bit-Analog- Audiosignal vorgesehen werden, die einen Phasendemodulator 26 wie in Fig. 11 gezeigt aufweist.

Bei einem Phasendemodulator 26 des Ausführungsbeispieles weist ein analoges FIR(Finite-Impulsantwort)-Filter gleichzeitig die Funktion der Phasendemodulation auf. Der Phasendemodulator 26 wird gleichzeitig als ein analoges 4-Tap-FIR-Filter verwendet. Das phasenmodulierte Signal S₅, das von einem Eingang 27 zugeführt wird, wird in D- Latches 29, 30, 31, 32, 33 und 34 mit zeitlichem Bezug zu den 128-Fs-Takten CK₅ verschoben, die von einem Takt-Eingang 28 zugeführt werden. Das phasenmodulierte Signal S₅ wird durch den D-Latch 36 mit den 64-Fs-Taktraten CK₂ verzögert, während Ausgangssignale der D-Latches 30, 32 und 34 durch die D-Latches 37, 38 und 39 mit den 64-Fs-Takten CK₂ zur Phasendemodulation verzögert werden. Das phasendemodulierte Ausgangssignal wird durch Widerstande 41, 43 und 44 sowie durch einen Kondensator 45 D/A-umgesetzt.

Durch den Phasendemodulator 26 kann, da das phasenmodulierte Signal S₅ direkt vor dem D/A-Umsetzer phasendemoduliert wird, ein D/A-umgesetztes Ausgangssignal mit hoher Qualität erhalten werden.

Es ist weiterhin möglich, eine Fehlererfassungseinrichtung zur Erfassung eines Fehlers vorzusehen, der in den 1-Bit-Daten enthalten ist, wie sie in einer Signalverarbeitungs­ vorrichtung verwendet wird, die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift HEI 7- 313346 durch die vorliegende Anmelderin offenbart wurde, sowie eine Haltesignal- Erzeugungseinrichtung zum Halten eines Ausgangssignales des FIR-Filters während der Zeitdauer der Fehlererzeugung auf Grundlage eines Fehlers, der durch die Fehler- Erfassungseihrichtung erfaßt wurde, sowie zur Erzeugung eines verzögerten Signales nach der Fehlerentdeckung stromaufwärts des Phasendemodulators 26, um den Verschiebevorgang des FIR-Filters während der Zeitdauer der Erzeugung des Haltesignales durch Halten eines vorherigen Wertes zu verhindern. Der Phasendemodulator 26 kann weiterhin für den in Fig. 9 gezeigten Phasendemodulator des Differenz-Ausgangs-Typs verwendet werden.

Bezugnehmend auf Fig. 12 und 13A bis 13G wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Das vorliegende dritte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Übertragungsvorrichtung 51 für ein 1-Bit-Audiosignal zur Übertragung eines 1- Bit-Audiosignales, das durch ΣΔ-Modulation erhalten wird, über ein Übertragungssystem, und weist einen Modulator 54 sowie einen Demodulator 64 zur Demodulation eines modulierten Signales S₂ auf, das zu ihm durch den Modulator 54 über das Übertragungssystem 63 zugeführt wird. Das modulierte Signal S₂ wird in dem Modulator 54 durch Zuführen eines analogen Audiosignales und eines phaseninvertierten analogen Audiosignales durch zwei ΣΔ-Modulatoren 56, 58 erhalten, an denen die gleiche Gleich- Vorspannung angelegt wird, sowie durch abwechselndes Anordnen der beiden Ausgangssignale der ΣΔ-Modulatoren 56, 58, was durch Zuführen eines analogen Audiosignales und eines phaseninvertierten analogen Audiosignales erhalten wird, zu den ΣΔ-Modulatoren 56, 58 mit der zweifachen Rate im Vergleich zu der, die für die ΣΔ- Modulation verwendet wird.

Der Modulator 54 weist einen ersten Addierer 55 zum Anlegen einer Gleich-Vorspannung an ein analoges Eingangs-Audiosignal S₀ von einem Eingang 52 sowie einen zweiten Addierer 57 zum Hinzufügen einer Gleich-Vorspannung an ein phaseninvertiertes Signal S*₀, das durch Phaseninvertierung des analogen Eingangs-Audiosignales S₀ von dem Eingang 52 durch einen Phaseninvertierer 53 erhalten wird. Der Modulator 54 weist weiterhin den ersten ΣΔ-Modulator 56 zur ΣΔ-Modulation des addierten Ausgangssignales des ersten Addierers 55 sowie den zweiten ΣΔ-Modulator 58 für die ΣΔ-Modulation des addierten Ausgangssignales des zweiten Addierers 57 auf. Der Modulator 54 weist weiterhin ein Schieberegister 59 zum Schalten zwischen den 1-Bit- Audiodaten S₁ von dem ersten ΣΔ-Modulator 56 und den 1-Bit-Audiodaten S*₁ von dem zweiten ΣΔ-Modulator 58 und zur Ausgabe der gewählten Daten auf.

Auch wenn es nicht im Detail erläutert ist, sind die ΣΔ-Modulatoren 56, 58 wie in Fig. 3 gezeigt aufgebaut.

Das Schieberegister 59 steuert das Laden und das Verschieben der Eingangsdaten mit 64- Fs-Takten CK₁ wie in Fig. 13A gezeigt, und sendet das modulierte 1-Bit-Audiosignal S₂ mit 128-Fs-Takten CK₃ wie in Fig. 13E gezeigt. In gleicher Weise zu dem Schieberegister 10 ist das Schieberegister 59 von dem Synchronladetyp, und lädt daher das positive Ausgangssignal S₁ von dem ΣΔ-Modulator 56 sowie das Ausgangssignal S*₁ mit umgekehrter Phase von dem ΣΔ-Modulator 58 von dem Eingang H und dem Eingang G mit den Anstiegsflanken der 128-Fs-Takte CK₃ von dem Takt-Eingang 62, wenn der 64- Fs-Takt CK₁ von dem Eingang 61 "1" ist, während es das positive Ausgangssignal S₁ und das Ausgangssignal S*₁ mit umgekehrter Phase wie in Fig. 13B und 13C gezeigt mit den Anstiegsflanken der 128-Fs-Takte CK₃ verschiebt, wenn der 64-Fs-Takt CK₁ gleich "0" ist.

Der D-Latch 64, der als Demodulator dient, verzögert das phasenmodulierte Signal 52 das über das Übertragungssystem 63 zugeführt wurde, mit der Anstiegsflanke der 64-Fs-Takte CK₂ zur Ausgabe eines 1-Bit-Audiosignales S₃ als demodulierten Ausgangssignales wie in Fig. 13G gezeigt an einem Ausgang 65.

Somit können durch die Übertragungsvorrichtung 51 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal Spannungsquellenschwankungen oder Übersprechrauschen der Digitalschaltung vermieden werden, wodurch die 1-Bit-Audiosignale mit hoher Qualität übertragen werden. Weiterhin wird der analoge Audioabschnitt geringst möglich beeinträchtigt.

Auch wenn die Übertragungsvorrichtung 51 für ein 1-Bit-Analog-Audiosignal gemäß dem vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel einen Demodulator 64 verwendet, der durch ein einziges D-Latch gebildet wird, kann weiterhin der Demodulator 20 wie in Fig. 8 gezeigt verwendet werden.

Durch Vorsehen eines differentiellen Verstärkers mit dem positiven 1 -Bit-Ausgangssignal S₇ und dem invertierten 1-Bit-Ausgangssignal S*₇ als differentielle Ausgangssignale stromabwärts des Demodulators 20 wird es möglich, störendes Rauschen auszulöschen, das zeitweise in das Übertragungssystem 63 gemischt wird.

Durch die Verwendung des Demodulators 20 kann die DC-Vorspannung zur Unterdrückung des Rauschens aufgmnd des "Ton"-Phanomens unterdrückt werden, das in dem ΣΔ-Modulator 56 auftritt. Weiterhin kann die DC-Vorspannung vor der Demodulation von dem analogen Audiosignal entfernt werden, wie nun erläutert werden wird.

Der erste Addierer 55 und der zweite Addierer 57, die die Gleich-Vorspannung bereitstellen, die mittels des Spannungseinganges 60 zu dem analogen Audiosignal S₀ und zu dem phaseninvertierten Signal S*₀ gegeben werden, dient weiterhin zur Vermeidung des "Ton"-Phänomens, das in dem ΣΔ-Modulator 56 der nächsten Stufe erzeugt wird.

Das "Ton"-Phänomen ist solch ein Phänomen, bei dem stochastisches Rauschen in der Nähe von "0" erzeugt wird, wie es offenbart wird durch Robert C. Ledzius, "The Basis and Architecture for the Reduction of Tones in a Sigma-Delta DAC", IEEE Vol. 40, Nr. 7, Juli 1993. Das Rauschen durch Töne, die durch das menschliche Ohr als Rauschen in dem hörbaren Bereich erfaßt werden kann, wird durch zwangsweises Umsetzen des "0" Einganges in ein Bit durch die ΣΔ-Modulationsschaltung erzeugt. Daher müssen bei der Wiedergabe der 1-Bit-Digitaldaten, die das durch das "Ton"-Phänomen erzeugte Rauschen enthalten, als analoges Audiosignal, solch ein Rauschen beseitigt werden. Zur Beseitigung des Rauschens wird die oben genannte DC-Vorspannung an das analoge Audiosignal S₀ als ein Eingangssignal zu dem ΣΔ-Modulator 56 angelegt.

Indessen muß diese Gleich-Vorspannung beseitigt werden, wenn das 1-Bit-Audiosignal als ein analoges Audiosignal wiedergegeben wird. Wenn diese Gleich-Vorspannung ohne Beseitigung verbleibt, wird ein scharfes impulsförmiges Rauschen in das analoge Audiosignal gemischt, das bei einer D/A-Umsetzung umgesetzt wird, wenn das umgesetzte Analog-Audiosignal zeitweise übergeblendet wird und darauffolgend nicht mehr übergeblendet wird. Wenn weiterhin das analoge Audiosignal mit dem Gleich- Vorspannungsanteil kontinuierlich zu einem Lautsprecher gegeben wird, erwärmt sich die Spule des Lautsprechers durch den Gleichspannungsanteil, wodurch die Gefahr einer Zerstörung des Lautsprechers besteht.

Die Gleich-Vorspannung kann unter Verwendung eines differentiellen Einganges des positiven 1-Bit-Ausgangssignales S₇ und des invertierten 1 -Bit-Ausgangssignales S*₇ beseitigt werden.

Claims (7)

1. Signalübertragungsvorrichtung, bei der ein 1-Bit-Digitalsignal, das durch einen ΣΔ- Modulator (3) ausgegeben wird, über ein Übertragungssystem (8) übertragen wird, aufweisend:
eine Phasenmodulationseinrichtung (4) zur Phasenmodulation des 1-Bit-Digitalsignales, das durch den ΣΔ-Modulator (3) ausgegeben wird, zur Erzeugung eines phasenmodulierten Signales, das zu dem Übertragungssystem (8) gegeben wird; und
eine Phasendemodulationseinrichtung (9) zur Demodulation des phasenmodulierten Signales, das durch das Übertragungssystem (8) ausgegeben wird;
wobei eine Verschlechterung des übertragenen 1-Bit-Digitalsignales aufgrund von Spannungsquellenschwankungen oder Übersprechrauschen vermieden wird.

2. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Phasenmodulationseinrichtung (4) ein Ausgangssignal mit positiver Phase und ein Ausgangssignal mit umgekehrter Phase des 1-Bit-Digitalsignales auf Grundlage des 1- Bit-Digitalsignales ausgibt, das durch den ΣΔ-Modulator (3) ausgegeben wird, wobei das Ausgangssignal mit positiver Phase und das Ausgangssignal mit umgekehrter Phase des 1-Bit-Digitalsignales abwechselnd mit einer Rate gleich dem zweifachen der voreingestellten Übertragungsrate zur Erzeugung des phasenmodulierten Signales ausgegeben werden.

3. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Phasendemodulationseinrichtung (9) das phasenmodulierte Signal, das über das Übertragungssystem (8) übertragen wurde, auf Grundlage der voreingestellten Rate demoduliert.

4. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die voreingestellte Übertragungsrate der Phasendemodulationseinrichtung (9) auf Grundlage von Taktsignalen erzeugt wird, die von dem phasenmodulierten Signal gewonnen werden, das über das Übertragungssystem (8) übertragen wird.

5. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Phasendemodulationseinrichtung (9) das Ausgangssignal mit positiver Phase und das Ausgangssignal mit umgekehrter Phase des 1-Bit-Digitalsignales von dem modulierten Signal demoduliert, das über das Übertragungssystem (8) übertragen wird.

6. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Phasendemodulationseinrichtung (9) das phasenmodulierte Signal unter Verwendung eines analogen FIR(finite Impulsantwort)-Filters demoduliert.

7. Signalübertragungsverfahren, bei dem ein 1-Bit-Digitalsignal, das durch einen ΣΔ- Modulator (3) ausgegeben wird, über ein Übertragungssystem (8) übertragen wird, aufweisend die folgenden Schritte:
Eingabe eines phasenmodulierten Signales (4), das durch Phasenmodulation (4) des 1-Bit- Digitalsignales erhalten wird, das durch den ΣΔ-Modulator (3) ausgegeben wird, zu dem Übertragungssystem (8); und
Demodulation (9) des phasenmodulierten Signales, das durch das Übertragungssystem (8) ausgegeben wird;
um eine Verschlechterung des übertragenen 1-Bit-Digitalsignales aufgrund von Spannungsquellenschwankungen oder Übersprechrauschen zu verhindern.